SU1720020A1 - Термоанемометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и позвол ет повысить чувстви- тельность и точность измерени  термоанемометров. Термоанемометр содержит два полупроводниковых кристалла. . каждый из которых имеет двухэмиттер- ные транзисторные структуры. Первый кристалл выполн ет роль чувствительного элемента, а второй - роль термокомпенсатора . Разность температур между кристаллами обеспечиваетс  различными услови ми отвода тепла от них, т.е. зависит от скорости потока жидкости или газа. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности, к измерению скоростей потоков жидкостей и газов.

Известны термоанемометры, в которых в качестве чувствительных элементов, нагревателей и термокомпенсаторов используютс  транзисторы и отдельные элементы транзисторной структуры.

Известен термоанемометр, состо щий из двух транзисторов, выполненных на одном кристалле в виде трехслойного полупроводника , и содержащий термочувствительный элемент, термокомпенсатор, нагреватель, источник питани , электрические выводы, при этом p-n-переходы эмиттер-база термокомпенсатора и термочувствительного элемента включены в дифференциальную схему. В первом транзисторе используетс  толькор - п-пе- реход эмиттер-база в функции термочувствительного элемента, а нагревателем дл  него служит диффузионный резистор , сформированный в транзисторе со стороны коллектора. Второй транзистор включен как диод и используетс  в рассматриваемом устройстве в качестве термокомпенсатора .

Недостатком такого устройства  вл етс  мала  мощность выходного сигнала, что требует дл  обеспечени  необходимой точности измерени  использовани  стандартных усилительных устройств, усложн ющих термоанемометр и повышающих его стоимость .

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  термоанемометр, состо щий из первого транзистора, в котором переход коллектор-база используетс  как нагреватель, а p-n-переход эмиттер-база - в качестве термочувствительного элемента. В качестве термокомпенсатора применен второй транзистор, включенный в диодном режиме , помещенный непосредственно в измер емую среду и управл ющий базой Третьего транзистора дл  поддержани  посто нного перегрева корпуса первого транзистора относительно измер емой среды. Поскольку дл  обеспечени  значительного перегрева корпуса первого транзистора, сосл

с

XI

ю о о ю о

держащего нагреватель и термочувствительный элемент, требуетс  пропускать через переход коллектор-база токи большой величины, а вывод базы, как правило, изготавливаетс  слаботочным, то на практике такие устройства обладают либо низкой надежностью (при работе со значительными перегревами), либо низкой чувствительностью (при работе с малыми перегревами).

Целью изобретени   вл етс  повыше- ние чувствительности и точности измерени .

На чертеже представлена электрическа  схема термоанемометра.

Термоанемометр содержит два полу- проводниковых кристалла 1 и 2, каждый из которых имеет по два транзистора 3, 4 и 5, 6 соответственно,   также первый, второй, .третий и четвертый резисторы 7, 8, 9 и 10.

В кристалле 1 транзистор 4 включен как усилительный элемент, коллекторной нагрузкой которого  вл етс  p-n-переход коллектор-база второго транзистора 3, зашунтированный резистором 8. Транзистор 4 выполн ет роль нагревател .

Диод эмиттер-база второго транзистора 3 предназначен дл  обеспечени  обратной св зи по температуре между кристаллами и выполн ет роль термочувствительного элемента. В кристалле 2 транзи- стор 6 выполн ет роль усилител  мощности сигнала, поступающего от термочувствительного элемента. Коллекторной нагрузкой транзистора 6 служит переход коллектор-база транзистора 5, зашунтиро- ванный резистором 10, а переход эмиттер- база этого транзистора выполн ет роль термокомпенсатора, Дл  установки нул  и условий термокомпенсации резисторы 9 и выполнены переменными.

При условии однозначности параметров транзисторных структур в пределах, допустимых на практике, резисторы в схеме термоанемометра выбираютс  исход  из соотношений: R7 R10n R8 R9. При оди- паковой мощности, рассеиваемой в транзисторах 4 и 6, кристалл 1 нагрет до более высокой температуры за счет ухудшенных условий отвода тепла от него. Так, например , тепловое сопротивление кристалла 1 по отношению, к окружающей среде равно 20° С/мВт, а тепловое сопротивление кристалла 2 равно 0,2° С/мВт, тогда при рассеиваемой мощности в кристаллах пор дка 20 мВт, кристалл 1 будет иметь перегрев над окружающей средой равный 40° С, в то врем  как перегрев кристалла 2 не будет превышать 4° С (за счет теплоотвода его перегрев может быть сколь угодно малым). .

Термоанемометр работает следующим образом.

При подаче напр жени  от источника питани  Еп через транзисторные структуры протекают токи I 10 мА. При посто нном напр жении источника питани  Еп ра рабочий режим транзисторов 4 и 6 определ етс  коэффициентами усилени  / этих транзисторов и величинами резисторов...10. Если коэффициенты усилени  транзисторов 4 и 6 одинаковы, то, учитыва  ,что на диоде в пр мом направлении падает примерно 0,7 В, можно использовать дл  расчета номиналов резисторов следующие простые соотношени :

R8 R9

Ј(Еп-1.4)

R7 R10AUK P2

TKH-ST

где Т - рабочий диапазон температур; ТКН - температурный коэффициент пр мого падени  напр жени  на р-п-переходе эмиттер-база транзисторов 3 и 5; A UK - изменение напр жени  на коллекторе транзисторов 4 и 6, обусловленное изменением температуры окружающей среды Л Т. При этом в каждом кристалле выдел етс  одинакова  мощность, но температура гор чего кристалла значительно превышает температуру холодного кристалла.

При наличии потока среды им уноситс  некотора  часть тепла от кристалла 1, температура его уменьшаетс , увеличиваетс  ток через p-n-переход эмиттер-база транзистора 3 вследствие уменьшени  пр мого падени  напр жени  на данном р-п-переходе и измен етс  напр жение на коллекторе транзистора 6. Если температура окружающей среды в процессе измерени  потока остаетс  неизменной, то изменение напр жени  на коллекторе транзистора 6 определ етс  только наличием потока среды. Поскольку теплова  посто нна  времени холодного кристалла превышает тепловую посто нную времени гор чего кристалла, то компенсаци  температуры отражающей среды будет происходить со скоростью, соответствующей скорости изменени  температуры холодного кристалла таким образом, что при изменении температуры окружающей среды измен ютс  на одинаковую величину токи в базы транзисторов 4 и 6, что вызовет одинаковое изменение напр жени  на коллекторах транзисторов 4 и 6 и на выходе термоанемометра напр жение не изменитс .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Термоанемометр, содержащий источник питани , термочувствительный элемент и термокомпенсатор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерений, в него введены первый, второй, третий и четвертый резисторы , а термочувствительный элемент и термокомпенсатор выполнены в виде двух- эмиттерных транзисторных структур, объединенных первыми эмиттерами, подключенными к положительной шине источника питани , отрицательна  шина кото0

   рого подключена к первым базам двухэмит- терных транзисторных структур, соединенных соответственно кажда  первой базой со своим коллектором через первый и второй резисторы, втора  база первой транзисторной структуры соединена через третий резистор со вторым эмиттером второй транзисторной структуры, подключенной второй базой через четвертый резистор ко второму эмиттеру первой транзисторной структуры, коллектор первой и второй транзисторных структур подключены к выходам термоанемометра.

   + 8ь/х